负载型γ-Al2O3催化剂上CO还原SO2的研究

论文摘要

SO2是主要的大气污染物之一,目前以湿法脱硫为主的工艺存在投资和操作费用大,产生二次污染等诸多缺点。采用直接催化还原SO2为单质硫的工艺过程不仅可以消除SO2污染,而且可以回收单质硫。本文重点对CO还原SO2为单质硫的催化剂进行研究。首先对具有不同载体和活性组分的催化剂进行考察,发现Fe含量为20%的Fe2O3/γ-Al2O3催化剂具有最好的催化性能。在最佳的反应条件下,采用比表面积448 m2/g的γ-Al2O3为载体,在反应温度300℃时即可获得99.98%的SO2转化率和99.27%的硫收率,这也是目前文献中报道的性能最好的催化剂之一。催化剂的活性物种FeS2是在预硫化过程中形成的,通过对预硫化过程的详细研究,提出了以反应气为硫化剂的预硫化机理。为了进一步理解催化机理,我们采用SO2-TPD、CO-TPSR和CO-TPR等表征手段并结合XRD对Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的表面性质进行研究,发现:硫化后的催化剂表面形成了两种FeS2物种:活泼的FeS2物种和不活泼的FeS2物种。活泼的FeS2物种可在较低的温度下生成COS而不活泼的FeS2物种只有在高温下才能生成COS。活泼的FeS2物种是反应中的主要活性中心。我们还发现:La、Ce、Zr的添加增加了Fe2O3/γ-Al2O3催化剂上活泼FeS2物种的数目,从而增强Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的活性。最后,本文首次将微波等离子体引入CO还原SO2反应体系中,发现微波和催化作用的耦合大大降低了反应温度。即使没有催化剂的存在,在微波等离子体的作用下,碳也可以有效地还原SO2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 2 的催化还原'>1.1 SO₂的催化还原
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 催化还原二氧化硫的研究现状
• 2'>1.1.2.1 炭热还原SO₂
• 2还原SO₂'>1.1.2.2 H₂还原SO₂
• 4还原SO₂'>1.1.2.3 CH₄还原SO₂
• 2'>1.1.2.4 CO 还原SO₂
• 1.1.2.4.1 负载型催化剂
• 1.1.2.4.2 金属氧化物催化剂
• 2 的反应机理'>1.1.3 CO 还原SO₂的反应机理
• 1.1.3.1 COS 中间产物机理
• 1.1.3.2 氧化还原机理
• 1.1.3.3 混合机理
• 1.1.4 小结
• 1.2 微波辐射辅助催化反应
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 微波加热在催化材料合成中的应用
• 1.2.3 微波加热在催化剂制备中的应用
• 1.2.4 微波加热在催化反应中的应用
• 1.2.5 微波放电在催化反应中的应用
• 1.3 本论文的目的和出发点
• 参考文献
• 第二章 实验总述
• 2.1 实验原材料和试剂
• 2.2 催化剂的制备
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的制备'>2.2.1 Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的制备
• 2O₃/M-γ-Al₂O₃ 催化剂的制备'>2.2.2 Fe₂O₃/M-γ-Al₂O₃催化剂的制备
• 2 的制备'>2.2.3 FeS₂的制备
• 2.3 催化剂的活性评价
• 2.4 催化剂的表征
• 2.4.1 催化剂比表面积及孔径的测定
• 2.4.2 XRD
• 2-TPD/MS、CO（COS）-TPR/MS 和CO（COS）-TPSR/MS'>2.4.3 SO₂-TPD/MS、CO（COS）-TPR/MS 和CO（COS）-TPSR/MS
• 2反应研究'>第三章 CO 催化还原SO₂反应研究
• 3.1 引言
• 3.2 氧化铝负载不同金属催化剂的催化性能
• 2O₃ 催化剂的催化性能'>3.3 不同载体负载Fe₂O₃催化剂的催化性能
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂催化性能影响'>3.4 不同制备方法对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化性能影响
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂催化性能影响'>3.5 不同预硫化方法对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化性能影响
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂催化性能影响'>3.6 Fe 含量对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化性能影响
• 2/CO 摩尔比对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂催化性能影响'>3.7 原料中SO₂/CO 摩尔比对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化性能影响
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂催化性能影响'>3.8 反应气浓度对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化性能影响
• 2, H₂O 或CO₂对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂催化性能影响'>3.9 O₂, H₂O 或CO₂对Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化性能影响
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的稳定性'>3.10 Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的稳定性
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂与其它催化剂比较'>3.11 Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂与其它催化剂比较
• 3.12 小结
• 参考文献
• 2的反应研究'>第四章 COS 还原SO₂的反应研究
• 4.1 引言
• 4.2 载体和负载型催化剂的催化性能
• 4.3 改性载体的催化性能
• 4.4 小结
• 参考文献
• 2O₃/γ-Al₂O₃催化剂上CO 还原SO₂的机理研究'>第五章 Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂上CO 还原SO₂的机理研究
• 5.1 引言
• 2/γ-Al₂O₃ 催化剂的 SO₂-TPD、CO- TPR（or TPSR）和 XRD 表征'>5.2 FeS₂/γ-Al₂O₃ 催化剂的 SO₂-TPD、CO- TPR（or TPSR）和 XRD 表征
• 2O₃和FeS₂/γ-Al₂O₃ 催化剂上COS-TPR 和COS-TPSR 表征'>5.3 γ-Al₂O₃和FeS₂/γ-Al₂O₃ 催化剂上COS-TPR 和COS-TPSR 表征
• 2/γ-Al₂O₃ 催化剂的FPST 表征'>5.4 FeS₂/γ-Al₂O₃ 催化剂的FPST 表征
• 2O₃ 催化剂的表征'>5.5 不同载体负载Fe₂O₃催化剂的表征
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的表征'>5.6 不同Fe 含量Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的表征
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的XRD 表征'>5.7 不同预硫化方法制备的Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的XRD 表征
• 2O₃负载Fe₂O₃ 催化剂的XRD 表征'>5.8 不同γ-Al₂O₃负载Fe₂O₃ 催化剂的XRD 表征
• 5.9 小结
• 参考文献
• 2O₃/γ-Al₂O₃催化剂预硫化过程的研究'>第六章 Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂预硫化过程的研究
• 6.1 引言
• 6.2 不同反应气组成通过催化剂床层时尾气组分浓度随时间的变化
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的XRD 谱图'>6.3 不同预硫化阶段Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的XRD 谱图
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的CO-TPR 和XRD 表征'>6.4 Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂的CO-TPR 和XRD 表征
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 预硫化机理'>6.5 Fe₂O₃/γ-Al₂O₃预硫化机理
• 参考文献
• 2O₃/M-γ-Al₂O₃催化剂CO 还原SO₂的研究'>第七章 Fe₂O₃/M-γ-Al₂O₃催化剂CO 还原SO₂的研究
• 7.1 引言
• 2O₃/M-γ-Al₂O₃ 催化剂的催化性能'>7.2 Fe₂O₃/M-γ-Al₂O₃催化剂的催化性能
• 2O₃/M-γ-Al₂O₃ 催化剂的催化性能'>7.3 不同M 含量的Fe₂O₃/M-γ-Al₂O₃催化剂的催化性能
• 2O₃/M-γ-Al₂O₃催化剂的SO₂-TPD 表征'>7.4 Fe₂O₃/M-γ-Al₂O₃催化剂的SO₂-TPD 表征
• 2O₃/M-γ-Al₂O₃ 催化剂的CO-TPSR 表征'>7.5 Fe₂O₃/M-γ-Al₂O₃ 催化剂的CO-TPSR 表征
• 7.6 小结
• 参考文献
• 2的研究'>第八章 微波辅助CO 还原SO₂的研究
• 8.1 引言
• 2O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂上CO 还原SO₂ 的研究'>8.2 微波加热下Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ 催化剂上CO 还原SO₂的研究
• 8.2.1 实验部分
• 8.2.2 微波加热制备的催化剂的催化性能
• 8.2.3 微波加热下与常规加热下催化反应性能比较
• 2 的反应机理'>8.2.4 微波加热下CO 还原SO₂的反应机理
• 2 的研究'>8.3 微波等离子体CO 还原SO₂的研究
• 8.3.1 实验部分
• 8.3.2 常压微波等离子体的形成
• 2'>8.3.3 常压微波等离子体辅助催化CO 还原SO₂
• 2 机理'>8.3.4 常压微波等离子体辅助催化CO 还原SO₂机理
• 2 的研究'>8.4 微波等离子体辅助炭还原SO₂的研究
• 8.4.1 实验部分
• 2'>8.4.2 微波等离子体辅助炭还原SO₂
• 2 的反应机理'>8.4.3 微波等离子体下炭还原SO₂的反应机理
• 8.5 小结
• 参考文献
• 第九章 结论
• 后记
• 作者简介
• 发表文章
• 致谢